JPH09154143A - ビデオデータ圧縮方式 - Google Patents

ビデオデータ圧縮方式

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JPH09154143A
JPH09154143A JP8239318A JP23931896A JPH09154143A JP H09154143 A JPH09154143 A JP H09154143A JP 8239318 A JP8239318 A JP 8239318A JP 23931896 A JP23931896 A JP 23931896A JP H09154143 A JPH09154143 A JP H09154143A
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motion
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images
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JP8239318A
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James Stone Jonathan
ジェームズ ストーンシュ ジョナサン
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Sony United Kingdom Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビデオデータの圧縮度を高めること。 【解決手段】 画像と、１以上の参照画像の少なくとも
２つの異なる組との間の映像の動きを表す動きデータを
発生することにより、少なくとも画像の部分を表す入力
データを符号化できるビデオデータ圧縮装置において、
参照画像の組と関連して符号化するに要する動きデータ
の量を示す試験データを比較する手段と、比較手数に応
答して試験データが入力データの符号化に用いる動きデ
ータの量が最少であることを示す参照画像の組を選択す
る手段とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオデータ圧縮
方式（装置及び方法）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＭＰＥＧII規格に規定されているような
ビデオデータ圧縮方式の中には、幾つかの異なる符号化
技法を用いて連続画像のビデオ信号を符号化するものが
ある。ちなみに、ＭＰＥＧ（映画専門家グループ）II規
格は、ＩＳＯ／ＩＥＣ刊行物ＤＩＳ １３８１８／２
１９９５年３月号「情報技術−映画及び関連する音声情
報の一般的符号化」に記載されている。
【０００３】ビデオ信号は大抵、連続する画像グループ
に分割される（ＧＯＰ）。各ＧＯＰ内で少なくとも１つ
の画像は、当該画像自体に存在する情報のみを使って
「Ｉ画像」、即ち内部画像として符号化される。このた
め、Ｉ画像をあとで他の画像からの情報を要することな
く復号できるので、Ｉ画像はビデオ列の中へのランダム
な入口点（random entry points)を提供している。しか
し、これを逆にいえば、Ｉ画像符号化は、画像列間の類
似性を利用できないので、Ｉ画像で得られるデータ圧縮
度は余り高くない。
【０００４】各ＧＯＰ内の他の画像は、「Ｐ画像」、即
ち予告される画像として符号化されることがある。Ｐ画
像は、一番近い前のＩ画像もしくはＰ画像に関連して符
号化されるので、Ｐ画像と動き補正された前のＰもしく
はＩ画像との差を送信するだけでよい。
【０００５】終わりに、ＧＯＰ内の幾つかの画像は、
「Ｂ画像」、即ち双方向画像として符号化されることが
ある。これらは、他の２つの画像、即ち、最も近い前の
ＩもしくはＰ画像と最も近い後のＩもしくはＰ画像とに
関連して符号化される。Ｂ画像は、他の画像を符号化す
るための基準としては参照されないので、Ｂ画像に対し
ては一層高い圧縮度を採用することができる。というの
は、この高圧縮によって生じるどんな符号化エラーも、
他の画像には伝わらないからである。
【０００６】ＭＰＥＧの仕様は、Ｉ，Ｐ及びＢ画像の配
分及び依存度における柔軟性を考慮しているが、これら
の配分は一般に個々のシステムでは一定である。
【０００７】これまで、Ｂ画像をただ１つの他の（前又
は後の）Ｉ画像もしくはＰ画像だけから導出できるよう
に、ＭＰＥＧ仕様を変更することが提案された。また、
Ｂ画像の導出に用いる画像の数（１又は２）及び相対的
位置（前又は後の位置）を画像毎に、又は更にＢ画像内
のマクロ（大きな）ブロック毎に可変とすることが提案
された。詳しくいえば、上述した３つの考えられる画像
源（即ち、先行画像のみ、後続画像のみ、又は先行及び
後続画像）からＢ画像を導出することから生じる符号化
エラーを比較することによって、その選択を行うことが
提案された。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ビデオ圧縮の分野で
は、可能な限りデータの圧縮度を向上させることが不変
の目標である。よって、本発明の課題は、この目標に近
づくことである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも画
像の部分を表す入力データを、当該画像と、１以上の参
照画像の少なくとも２つの異なる組との間の映像の動き
を表す動きデータを発生することにより、符号化できる
ビデオデータ圧縮装置を提供するもので、その装置は、
上記参照画像の組に関連して符号化するに必要な動きデ
ータの量を示す試験データを比較する手段、及び該比較
手段に応答して、上記試験データが上記入力データの符
号化に用いる動きデータの量が最も少ないことを示す上
記参照画像の組を選択する手段を含む。
【００１０】本発明は、符号化エラーの程度が、画像を
（例えば、１以上の他の画像に依存して）符号化する方
法を選択する際の唯一の要因ではない、という認識に基
いている。結果として生じる画像を符号化するのに必要
なデータの量、詳しくは、各符号化方式に必要とされる
動きベクトルの量を考えることも、また重要である。こ
れは、より少ない（即ち、より簡潔に符号化される）動
きベクトルを用いる方式への選択に重点をおく効果をも
たらすことになる。
【００１１】したがって、本発明では、問題の画像（又
はその一部分）をどのように導出するかについての決定
を、少なくとも或る程度、動きベクトルの符号化に要す
るデータ量に基いて行い、考えられる参照画像を選ぶ。
こうすれば、符号化に要するデータが最も少ない組であ
る、最も都合のよい動きベクトルの組を選択することが
できる。これは、ビデオ信号の符号化に要する全体のデ
ータレートを減らすのに役立つので、ビデオ圧縮システ
ムによって達成されるデータ圧縮度を改善する。
【００１２】一般に、周囲の２つの参照画像より得られ
る画像に対しては、２組の動きベクトルが必要となる。
１つは先行する参照画像を指（さ）すものであり、１つ
は後続の参照画像を指すものである。換言すると、これ
らの動きベクトルの符号化に要するデータ量は、単一の
参照画像を指す動きベクトルの符号化に要するデータ量
の大体２倍になる。しかし、これを逆にいえば、その画
像を２つの参照画像を平均して得る場合には、画質はよ
くなる傾向があり（即ち、２つの参照画像を用いると符
号化エラーが少なくなる傾向がある。）、カメラのパン
の如きカバー／非カバー(cover／uncover)状態では特に
そうである。したがって、これを考慮に入れるために
は、試験データが、その参照画像の組に関連して入力デ
ータを符号化することにより生じる夫々の符号化エラー
をも示すのがよい。この場合、動きデータは１以上の動
きベクトルを含むのがよい。
【００１３】動きデータは１以上の動きベクトルを表す
のがよく、試験データも、その１以上の動きベクトルを
用いて入力データを符号化するのに必要なデータ量を示
すのがよい。
【００１４】本装置は、動きベクトルの符号化に要する
データ量が動きベクトルのサイズが増すと共に増すよう
に、動きベクトルを符号化する手段を含むのがよい。こ
の技法を用いる好適な実施態様では、参照画像の組に対
する試験データは、その組に対応する動きベクトルのサ
イズに応じて決まる。
【００１５】参照画像の組は、前もしくは後の画像又は
その両方の多くの異なる順列から選択できるであろう。
例えば、参照画像の組は、（ｉ）時間的に先行する画像
のみ、（ii）時間的に後に続く画像のみ、及び（iii)時
間的に先行する画像と時間的に後に続く画像より成るグ
ループから選択された２以上の組を含むことができよ
う。
【００１６】本発明は、画像がフィールド又はフレーム
のどちらであっても、適用可能である。入力データは、
画像の長方形ブロックを表すデータを含むのがよい。
【００１７】本発明はまた、少なくとも画像の部分を表
す入力データを、当該画像と、１以上の参照画像の少な
くとも２つの異なる組との間の映像の動きを表す動きデ
ータを発生することにより、符号化できるビデオデータ
圧縮方法を提供し、その方法は、上記参照画像の組と関
連して符号化するに必要な動きデータの量を示す試験デ
ータを比較するステップ、及び該比較ステップに応答し
て、上記試験データが上記入力データの符号化に用いる
動きデータの量が最も少ないことを示す参照画像の組を
選択するステップを含む。
【００１８】本発明は、例えばＭＰＥＧに関連するシス
テムのＢ画像に適用できるが、他のビデオ圧縮方式にも
同様に適用できるものであることを述べておく。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について述べる。図１は、本発明によるビデオ圧
縮装置の第１の実施形態を示す概略ブロック図である。
図１において、ビデオ信号圧縮装置は、フレーム再整理
器１０、動き推定器２０、試験量子化器３０、ＧＯＰ遅
延器４０、減算器５０、データ圧縮器６０及びデータ伸
長器７０を具える。本装置は、入力端８０に未圧縮ビデ
オデータを受け、出力端９０に圧縮済みビデオデータを
発生する。
【００２０】図１の装置は、先に引用した仕様及びその
他の文献に記載されたＭＰＥＧ符号化器と極めて類似し
たやり方で、多くの特徴的機能を行う。ここでは、これ
らの機能を詳細には説明しない。
【００２１】よって簡単にいえば、フレーム再整理器１
０は、画像グループ（ＧＯＰ）に作用して画像を再整理
し、該ＧＯＰ内の各画像が、依存する画像のあとに圧縮
されるようにする。例えば、Ｂ画像が（画像の表示順序
において）後のＰもしくはＩ画像に依存する場合、Ｂ画
像は、ＰもしくはＩ画像のあとに圧縮されるように再整
理する。
【００２２】画像（Ｂ画像）の幾つかに対し、Ｂ画像の
データをどのように符号化すべきかについてマクロブロ
ック毎に選択が行われる。大まかにいえば、前のＩもし
くはＰ画像のみ、後のＩもしくはＰ画像のみ、又は前及
び後のＩもしくはＰ画像の両方に関連する符号化のどれ
かが選択される（この選択は、あとで詳細に述べる如く
データ伸長器７０内で行われる。）。
【００２３】試験量子化器３０は、各ＧＯＰのビデオデ
ータの少なくとも或る部分に試験的な圧縮を実施して、
該ビデオデータの最終圧縮に用いる適切な量子化係数を
決定する。ＧＯＰ遅延器４０は、最終圧縮処理がＧＯＰ
の画像に施される前に試験量子化を行えるようにするた
めに用いる。
【００２４】ＧＯＰの画像は、最後に圧縮器６０によっ
て圧縮される。Ｉ画像の場合、内部画像技法のみを用い
て符号化されるので、Ｉ画像は、直接ＧＯＰ遅延器４０
から圧縮器６０に供給される（即ち、減算器５０の減算
端子５５にはゼロ入力が供給される。）。Ｉ画像は、試
験量子化器３０に関連して得られた量子化係数を用いる
圧縮器６０によって圧縮され、圧縮されたＩ画像として
出力端９０に供給される。
【００２５】Ｐ及びＢ画像は、最終の圧縮器６０によっ
て既に符号化され終えた画像に関連して符号化される。
これらの画像の場合、実際に符号化されるのは、或る画
像と、それが依存する１以上の画像の予告されたものと
の差である。これを達成するため、符号化用の画像がＧ
ＯＰ遅延器４０から減算器５０に供給され、それが依存
する画像（単数又は複数）の予告されたもの（即ち、符
号化されたあと伸長器７０によって復号されたもの）が
減算器５０の減算入力５５に供給される。したがって、
減算器５０の出力は、差信号であり続いて圧縮器６０に
より圧縮される。
【００２６】圧縮器６０は、その動作の一部として、現
在のマクロブロックと、現在のマクロブロックを導出さ
せた他の画像のブロックとの間の映像の動きを表す動き
ベクトルを、ハフマン符号の如き可変長符号（ＶＬＣ）
として符号化する。ＶＬＣ符号化法は、他と比べて小さ
くよく現れる動きベクトルをより短いＶＬＣ符号に符号
化し、他と比べて大きく余りよく現れない動きベクトル
をより長いＶＬＣ符号に符号化する、という通常の様式
に従う。
【００２７】図２は、ビデオ信号の一連のフィールドｆ
１，‥‥‥，ｆ６を示す模式図である。時間は、左から
右へ水平軸に沿って表される。図では、フィールドｆ３
が前及び（又は）後のフィールド又はフレームから導出
されるＢ画像である、と仮定する。幾つかの導出法が考
えられるが、例えば、ｆ３は、ｆ１（同一極性の前のフ
ィールド）、ｆ２（反対極性の前のフィールド）、（ｆ
１＋ｆ２）（前のフレーム）、ｆ５（同一極性の後のフ
ィールド）、ｆ６（反対極性の後のフィールド）、（ｆ
５＋ｆ６）（後のフレーム）、ｆ１及びｆ５（同一極性
の前及び後のフィールド）及び他の順列から導出できる
であろう。また、現在のフィールドと時間的に隣接しな
いフィールド又はフレームから導出することも考えられ
よう。
【００２８】したがって、これらの考えられる事項の全
部又は一部の中から動的に選択することが可能である。
図１の伸長（圧縮復号）器７０を含む要部を示す図３で
は、分かり易くするため、３つの選択事項のみを考えて
いる。これらは、同一極性の単一フィールドからの単方
向予告の２種類及び同一極性の周囲のフィールドからの
双方向予告の３つである。後述のように、図５に示す画
像選択器ではフレームから導出することも試験される。
【００２９】図３及び５では、選択はマクロブロック毎
に行われる（ただし、マクロブロックは大抵１６×１６
（輝度）ピクセルのブロックである。）。各マクロブロ
ックに対する符号化方式を個別に選ぶことにより、画像
の種々異なる部分に最も適した方式を選択することがで
きる。また、一時に画像全体を調べて符号化方式を選択
する必要がないので、ハードウェアの要件も減少する。
ただし、他の実施態様では、画像全体の符号化処理を調
べてから選択したり、或いは、画像の一部分（例えば、
１マクロブロック）のみの符号化処理を試験して、画像
の全体に対する方式を選択したりすることができよう。
【００３０】図３は、図１のデータ伸長器７０を含む要
部を示す模式図である。（実際のところ、図３の幾つか
の特徴的機能、特に以下説明しようとする動き推定器
（ＭＥ）１００，１１０及びフィールドメモリ１５０，
１７０は伸長器７０の中にはない。しかしながら、画像
選択技法の説明を助けるためこれらを図３に含めた。）
【００３１】圧縮すべき各Ｂ画像は、一連の別個のマク
ロブロック（ＭＢ）として処理する。マクロブロック
は、順方向動き推定器１００、逆方向動き推定器１１０
及び加算器１２０，１３０，１４０に並列に供給され
る。
【００３２】順方向動き推定器１００は、現在のマクロ
ブロックを、時間的に後の（画像源）ＩもしくはＰ画像
１５０内の同一及び周囲の位置にあるブロックと比較し
て、該マクロブロックの内容における現在及び後続の映
像間の動きを表す１以上の動きベクトルを発生する。
【００３３】順方向予告器１６０はそれから、順方向フ
ィールド１５０を表す動きベクトル及びデータを用い
て、順方向フィールドから現在のマクロブロックの内容
を予告する。予告出力は、加算器１２０に供給される。
【００３４】同様に、逆方向動き推定器１１０は、先行
するＩもしくはＰ画像１７０を表すデータを用いて１以
上の動きベクトルを発生する。逆方向予告器１８０はそ
れから、逆方向フィールドデータ１７０を用いて現在の
マクロブロックを予告したものを作り、これを加算器１
４０に供給する。
【００３５】順方向予告及び逆方向予告されたマクロブ
ロックはまた加算器１９０に供給され、そこで、順方向
及び逆方向予告出力の平均（順方向及び逆方向予告出力
の和の半分）が計算される。加算器１９０の出力は、加
算器１３０に供給される。
【００３６】加算器１２０，１３０及び１４０の各々へ
の２入力の一方は、減算する入力であるので、これら３
つの加算器の出力は、元の現在マクロブロックと、順方
向予告（加算器１２０の出力）、逆方向予告（加算器１
４０の出力）及び双方向予告（加算器１３０の出力）に
より夫々発生された予告マクロブロックとの差を表す。
【００３７】各加算器の出力は夫々、ビット推定器２０
０，２１０及び２２０に供給され、そこで、当該マクロ
ビットに関する差データを符号化するに要するビット数
が推定される。これらは、実際及び予告のマクロブロッ
ク間の差の２乗の和の平均を検出することによって行わ
れる。
【００３８】この処理と平行して、２つのＶＬＣ長さ参
照表２３０，２４０が、順方向及び逆方向動き推定器１
００，１１０により発生された１以上の動きベクトルを
受け、それらのベクトル値を用いて、あとで該ベクトル
の符号化に使われることになる可変長符号の長さを求め
る。換言すると、ＶＬＣ長さ参照表は、該ベクトルを表
す実際のＶＬＣコードを発生（これは、他と比べてプロ
セッサに集約されるタスクである。）するのではなく、
ただＶＬＣコードに対して必要となるビット数を与える
にすぎない。
【００３９】ビット推定器及びＶＬＣ長さ参照表の出力
は、次の表に従い加算器２５０，２６０，２７０及び２
８０によって組合せられる。
【００４０】いいかえると、加算器２５０，２７０及び
２８０の各出力は、いま考えている３つの方法（順方向
予告、双方向予告及び逆方向予告）によって夫々現在の
マクロブロック及び関連する動きベクトルを符号化する
のに実際に要求されるビット数を表示する。これらのビ
ット・カウントは次に比較器２９０によって比較され、
ビット・カウントが最少となる符号化技法を１つ指定す
る出力信号３００が発生される。この出力３００は、図
１の装置の動作を制御して、Ｂ画像の符号化に用いる適
切な参照画像を選択させる。
【００４１】図４は、本発明によるビデオ圧縮装置の第
２の実施形態を示すブロック図である。図４の装置は図
１のものとよく似ており、事実多くの構成要素には同じ
参照番号が付されている。ただ違う点は、Ｂ画像の符号
化に用いる参照フィールドについての決定が、動き推定
器の一部をなす画像選択器２５によって行われることで
ある。これは、圧縮器６０、伸長器７０及び減算器５０
の動作を制御する制御信号を供給する。
【００４２】図５は、図４の画像選択器２５の例を示す
模式図である。図５において、現在のマクロブロック
（ＭＢ）は、順方向フィールド３２０に関連して順方向
動き推定を行う順方向動き推定器（ＭＥ）３１０と、逆
方向フィールド３４０に関連して逆方向動き推定を行う
逆方向動き推定器３５０と、順方向及び逆方向動き推定
において特定された「最良ベクトル」を用い、順方向フ
ィールド３２０及び逆方向フィールド３４０に関連して
動き推定を行う双方向動き推定器３３０とに、並列に供
給される。
【００４３】各動き推定器は動きベクトルのみならず、
平均絶対エラー（ＭＡＥ）信号を生成する。ＭＡＥ信号
は、この具体例では、動き推定に用いる現在のマクロブ
ロックと順方向（もしくは逆方向又は両方）の映像のブ
ロックとにおいて夫々対応する位置にあるピクセル間の
絶対輝度差の平均である。ＭＡＥは、事実上前述した如
き動き推定処理の副産物である。
【００４４】要するに、各動き推定器は、フィールド及
びフレーム（フィールド対）に基いて動きを推定するた
めのベクトル及びＭＡＥ値を生成する。いずれの場合
も、ベクトル及びＭＡＥ値は夫々の加算器３６０に送ら
れる。
【００４５】各加算器３６０の出力は、これに供給され
る２入力に当たるベクトル成分とＭＡＥ値の和である。
したがって、この具体例では、マクロブロックの符号化
及びベクトルの符号化に要する正確なビット数は決定さ
れない（ただし、これは、図３に示されたのと類似のＶ
ＬＣ長さ参照表及び（又は）ビット推定器を用いれば、
行えるであろ。）。その代わりに、ＭＡＥ値は当該マク
ロブロックに対する差データの符号化に要するビット数
と互いに関連する傾向があること、及び動きベクトルの
サイズ（又はベクトルの大きさ）は該ベクトルの符号化
に要するビット数と互いに関連する傾向があることが認
められる。したがって、これらの値の夫々の和を比較器
３７０によって比較し、ベクトル成分とＭＡＥの和が最
も少ない符号化技法を示す出力信号３８０を発生するこ
とができる。この場合、出力信号３８０は、図４の画像
選択器２５の制御出力となる。
【００４６】
【発明の効果】上述の実施形態のいずれにおいても、Ｂ
画像の符号化に用いるフィールド又はフレームの選択情
報を、通常のＭＰＥＧデータストリームの公知の特性を
用いて、圧縮されるビデオデータの受信器に伝えうるこ
とが認められるであろう。したがって、本発明によれ
ば、ビデオデータの圧縮度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す概略ブロック図
である。
【図２】ビデオ信号の一連のビデオフィールドを示す模
式図である。
【図３】図１の伸長器の一部を示す模式図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す概略ブロック図
である。
【図５】図４の画像選択器の例を示す模式図である。
【符号の説明】
２９０，３７０ 比較手段

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも画像の部分を表す入力データ
    を、当該画像と、１以上の参照画像の少なくとも２つの
    異なる組との間の映像の動きを表す動きデータを発生す
    ることにより、符号化できるビデオデータ圧縮装置であ
    って、 上記参照画像の組と関連して符号化するに要する動きデ
    ータの量を示す試験データを比較する手段と、 該比較手段に応答して、上記試験データが上記入力デー
    タの符号化に用いる動きデータの量が最も少ないことを
    示す上記参照画像の組を選択する手段とを具えたビデオ
    データ圧縮装置。
  2. 【請求項２】 上記試験データがまた、上記参照画像の
    組と関連して上記入力データを符号化することによって
    生じる夫々の符号化エラーを示す請求項１の装置。
  3. 【請求項３】 上記動きデータは１以上の動きベクトル
    を含む請求項２の装置。
  4. 【請求項４】 上記動きデータが１以上の動きベクトル
    を表し、 上記試験データがまた、上記１以上の動きベクトルを用
    いて上記入力データを符号化するに要するデータの量を
    示す請求項１の装置。
  5. 【請求項５】 動きベクトルを符号化するに要するデー
    タ量が、動きベクトルのサイズが増すと共に増すよう
    に、上記動きベクトルを符号化する手段を含む請求項３
    又は４の装置。
  6. 【請求項６】 参照画像の組に対する上記試験データ
    が、当該組に対応する動きベクトルのサイズに応じて決
    まる請求項５の装置。
  7. 【請求項７】 上記参照画像の組が、 （ｉ）時間的に先行する画像のみ、 （ii）時間的に後に続く画像のみ、及び （iii)時間的に先行する画像と時間的に後に続く画像よ
    り成るグループから選択された２以上の組を含む請求項
    １〜６のいずれか１項の装置。
  8. 【請求項８】 上記画像がビデオフィールドである請求
    項７の装置。
  9. 【請求項９】 上記画像がビデオフレームである請求項
    ７の装置。
  10. 【請求項１０】 上記入力データが、画像の長方形ブロ
    ックを表すデータを含む請求項１〜９のいずれか１項の
    装置。
  11. 【請求項１１】 少なくとも画像の部分を表す入力デー
    タを、当該画像と、１以上の参照画像の少なくとも２つ
    の異なる組との間の映像の動きを表す動きデータを発生
    することにより、符号化できるビデオデータ圧縮方法で
    あって、 上記参照画像の組と関連して符号化するに要する動きデ
    ータの量を示す試験データを比較するステップと、 該比較ステップに応答して、上記試験データが上記入力
    データの符号化に用いる動きデータの量が最も少ないこ
    とを示す上記参照画像の組を選択するステップとを含む
    ビデオデータ圧縮方法。
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